AFRL對DED火箭發(fā)動機推力室開展高溫測試，將增材工藝嵌入到數(shù)字工程環(huán)境

2024年4月25日，南極熊獲悉，美國空軍研究實驗室 (AFRL) 火箭推進部門近日設(shè)計、建造了一個使用定向能量沉積 (DED) 3D 打印的單塊火箭發(fā)動機推力室，并開展了高溫測試實驗。

這一項目的負(fù)責(zé)人、美國太空軍的燃燒裝置部門的哈維爾·烏爾扎伊 (Javier Urzay) 博士說道：“AFRL 對早期先進制造技術(shù)的投資使我們能夠利用火箭發(fā)動機設(shè)計空間的各個角落，并加快從白板概念到現(xiàn)場測試和評估的設(shè)計周轉(zhuǎn)周期�！�

DED 是一種增材制造工藝，其原理為設(shè)備在高度受控的大氣條件下將金屬粉末注入高功率激光的聚焦光束中。

Urzay 說道：“它為推進器硬件提供了迄今為止最大的構(gòu)建箱體積，能夠打印七英尺高的零件。該成型箱體積比激光粉末床熔融（LPBF）工藝等技術(shù)獲得的體積大得多。此外，DED 還可以減少粉末投資并減少材料浪費。工程師還可以實時實現(xiàn)多合金結(jié)構(gòu)的合金混合和轉(zhuǎn)變，以充分利用下一代高溫合金的強度、重量和性能優(yōu)勢。這些獨特的功能使我們能夠處理復(fù)雜的發(fā)動機設(shè)計，需要更少的迭代，并利用形狀優(yōu)化、輕質(zhì)材料、先進的金屬合金和復(fù)合材料以及快速制造。”

增材制造與從傳統(tǒng)的火箭發(fā)動機硬件制造方式向由數(shù)字環(huán)境提供的自動化制造流程的轉(zhuǎn)變密切相關(guān)，涉及人工智能、機器學(xué)習(xí)、數(shù)字孿生、3D 體積掃描儀和計算機輔助設(shè)計 (CAD)。

數(shù)字環(huán)境的多面性對于管理打印機來說是必要的，這些打印機生產(chǎn)具有 3D 形狀和內(nèi)部特征的輕質(zhì)推力室、歧管、噴射器、壓力容器、閥門和渦輪機械葉片，而使用傳統(tǒng)方法不易實現(xiàn)這些特征。

燃燒設(shè)備分部的航空航天工程師 Edgar Felix 說：“雖然增材制造提供了許多以更低的成本加速生產(chǎn)的機會，但要讓這項技術(shù)被火箭推進行業(yè)和政府實驗室廣泛采用，仍然存在一些挑戰(zhàn)�！�

AFRL 正在解決生產(chǎn)能夠承受火箭發(fā)動機必須運行的惡劣環(huán)境的材料的獨特挑戰(zhàn)。 AFRL 專家將數(shù)十年的火箭燃燒室經(jīng)驗與對這些新制造技術(shù)的挑戰(zhàn)和機遇的了解結(jié)合起來，并與多個外部組織保持密切合作，提供獨特的技能。

Urzay說："我們部門在火箭發(fā)動機增材制造方面取得的這一最新突破，是通過與多個工業(yè)合作伙伴和政府組織(包括AFRL材料和制造部門以及NASA馬歇爾航天飛行中心)建立持久關(guān)系才取得的。他們的工作對國家極其寶貴，我們攜手構(gòu)建了一支不可戰(zhàn)勝的團隊。"

未來，AFRL 火箭推進部門將繼續(xù)致力于增材制造新技術(shù)的研究，以提高液體火箭發(fā)動機和固體火箭發(fā)動機的容量。